JPH067883B2

JPH067883B2 - 加圧式凍結濃縮装置

Info

Publication number: JPH067883B2
Application number: JP33086289A
Authority: JP
Inventors: 隆太田; 順一岡; 靖之鈴木
Original assignee: Toyo Seisakusho KK
Current assignee: Toyo Seisakusho KK
Priority date: 1989-12-20
Filing date: 1989-12-20
Publication date: 1994-02-02
Anticipated expiration: 2009-02-02
Also published as: JPH03188903A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は各種の飲料液や薬液等の水を溶媒とした水溶液
から濃縮液を製造するための加圧式凍結濃縮装置に関す
る。

［従来技術］溶質と溶媒（水分）とからなる溶液を一旦凍結させて氷
晶となし、この氷晶を加圧することにより、氷晶中から
溶質濃度の高い溶液を分離させて濃縮液を製造するいわ
ゆる加圧式凍結濃縮装置が従前より知られている。

これらの装置では、溶液の凝固点（凍結点）が、溶媒
（水分）に対する溶質濃度及び溶液に加えられる圧力に
よっても変化するという物理現象を利用している。

例えば、水溶液の場合では、加圧により凝固点が降下す
るし、水溶液中に含まれる溶質濃度が高いことでもやは
り凝固点が降下することになる。

第６図に従前装置の系統図を示すが、ポンプＰにより母
液用容器31に注入された原料液32は冷却用シリンダ33に
自然落下する。

そして、この冷却用シリンダ33にある流入口34ａから入
り、流入口34ｂから出てジャケット34を循環している冷
却媒体39により原料液32は冷却やされ、凍結して氷晶36
となる。

この氷晶36が牽引体37により下方へ牽引され、断熱部35
を経て、下部が狭窄したテーパー孔を有する加圧筒38に
圧入され、加圧される。

さらにこの加圧筒38に設けたジャケット41の流入口41a
から入り、流入口41ｂから排出されて循環している前記
冷却媒体39よりやや高い温度の冷却媒体40により氷晶36
が加温され、結氷硬度を下げられる。これにより氷晶36
より溶質濃度のより高い濃度液44が融解分離し、ポケッ
ト42を経て排出パイプ43に流出することになる。

しかしながら、上記の装置に於ては、冷却用シリンダ33
の原料液32が通過する内管は管内径が均一な細長構造で
あり、しかも冷却用ジャケット34がその周囲を取り巻く
ように設けられていることにより、氷晶36の結氷硬度が
管長手方向で不均一となる。このため、加圧筒38に圧入
される結氷硬度が高い氷晶36ではその下降速度が急激に
減退するとともに、ジャケット41の冷却媒体40による加
温で十分に氷晶36の半融解が進まず、濃厚液が効果的に
氷晶36より分離されないことになる。逆に、氷晶36の結
氷硬度が低すぎると、加圧筒38で十分な外圧が加えられ
ないとともに、冷却媒体40による加温で氷晶36の半融解
が進みすぎて濃厚液が槽45に液漏れするなど処理能力が
著しく低下することになる。

［本発明の目的］本発明では、冷却用シリンダにて原料液を結氷させて精
製する氷晶の結氷硬度を長手方向で常に均一にならし
め、かつ氷晶の結氷熟成を円滑に行い結氷内の溶質濃度
分布を均一にすることで、加圧筒に圧入される氷晶の結
晶内圧上昇を常に一定とするとともに、加圧筒にて加温
されて氷晶が半融解する際に、過剰に融解しすぎて濃厚
液が漏れることを防止する加圧式凍結濃縮装置を提供で
きるようにした。

［課題を解決するための手段］上記の課題を解決するために、本発明の加圧式凍結濃縮
装置は、母液容器を上部に有する垂直な冷却用シリンダ
の下部に、下部を狭窄させたテーパー孔を有する加圧筒
を断熱筒体を介して接続し、前記テーパー孔上部に濃厚
液回収用の排出パイプを接続し、氷晶牽引用のエンドレ
スな抗張線材が前記母液容器、シリンダ内、断熱筒体
内、加圧筒内を上方から下方に通って回送される装置
で、前記冷却用シリンダを多段とするとともに、その各
冷却用シリンダ内管の断面積が均一でかつ内壁面を蛇行
させ、しかも各冷却用シリンダの冷却温度が異なる構造
のものとしてある。

［作用］初めの冷却用シリンダ内で凍結させられた氷晶は抗張線
材で下方に牽引させられる際に、その冷却用シリンダ内
を蛇行させることにより、水平方向の偏行圧力が種々な
る方向から氷晶に加わる。これにより氷晶内の微小氷結
晶がかく拌されその結晶作用が高められることにより氷
晶の結氷硬度が均一に保たれるとともに、溶媒が凍結す
る際に効率よく溶質を含んで結氷にするため、溶質濃度
分布も均一となる。この氷晶は加圧筒内で良好に加温さ
れて半融解を行なわしめ、濃厚液の分離作用を促進され
る。

［実施例］以下本発明の実施例を第１〜５図を用いて以下詳細に説
明する。

第１図は第１実施例の系統図であり、同図に於いて、溶
質を溶かしこんだ水溶液である原料液３を一次的に蓄え
る母液用容器２の下には第１冷却用シリンダ４が設けら
れている。この第１冷却用シリンダ４の内管は多段構造
で、しかもその上部内管4aは末広がりのテーパ孔を有し
ており、さらにこの上部内管4aに無段差で接続されてい
る中部内管4bは均一内径の垂直筒体構造である。そし
て、この中部内管4bの下には、下部内管4cが、その管中
心軸4eを本装置全体の中心軸線4fより下方を傾斜させて
接続されている。

また、この第１冷却用シリンダ４には、内管4a,4b,4cを
取り巻くようにジャケット５が設けられており、流入口
5aより冷却用媒体６が図示しないポンプでジャケット５
内を循環するように注入されている。さらに、このジャ
ケット５内を循環した冷却用媒体６は流出口5bより排出
されている。

第１冷却用シリンダ４の下部には第２冷却用シリンダ８
が、冷却用シリンダ４の下部フランジ4dと第２冷却用シ
リンダ８の上部フランジ8bとで断熱筒体７を挟んで接続
されている。この第２冷却用シリンダ８における内管8a
の内径は断熱筒体７の内径と同一であり、しかも内管8a
の中心軸8dが中心軸線4fより上記シリンダ４の下部内管
4cとは逆方向に傾斜している。さらに、この第２冷却用
シリンダ８には、この内管8aを取り巻くようにジャケッ
ト９が設けられており、流入口9aより冷却用媒体10が図
示しないポンプでジャケット９内を循環するように注入
されている。さらにジャケット９内を循環した冷却用媒
体10は流出口9ｂより排出されている。

また、第２冷却用シリンダ８の下部には第３冷却用シリ
ンダ12が、冷却用シリンダ８の下部フランジ8ｃとこの
第３冷却用シリンダ12の上部フランジ12ｃとで断熱筒体
11を挟んで接続されている。この冷却用シリンダ12の上
部内管12ａはその内管中心軸12ｅを中心軸線4ｆより上
記第２冷却用シリンダ８の内管8ａとは反対方向に傾斜
させている。また、この第３冷却用シリンダ12の下部内
管12ｂの内管中心軸12ｆは中心軸線4ｆと同一線上にあ
る。

この内管12a,12ｂを取り巻くようにジャケット13が設け
られており、流入口13ａより冷却用媒体14が図示しない
ポンプでこのジャケット13内を循環するように注入され
ている。さらに、ジャケット13内を循環した冷却用媒体
14は流出口13ｂより排出されている。

この第３冷却用シリンダ12の下部には、加圧筒15がその
上部フランジ15ａと第３冷却用シリンダ12の下部フラン
ジ12ｄとで断熱筒体18を挟んで接続されている。

この加圧筒15は、内壁面の下部が狭窄したテーパ孔を有
し、さらにその内壁上端部には液溜め用の凹みポケット
19が設けられており、このポケット19には排出パイプ20
が接続されている。

また、加圧筒15には円周方向に取り巻くジャケット16が
設けられており、このジャケット16の流入口16ａから図
示しないポンプによって冷却用媒体17が注入され、さら
にこのジャケット16内を循環した冷却用媒体17は流出口
16ｂより排出されている。さらにまた、加圧筒15の下部
には処理済氷晶受け用の槽21が設けられている。

以上のように第１冷却用シリンダ４の中部内管4ｂから
第３冷却用シリンダ12の下部内管12ｂまでの各内管は、
同一内径を有するとともに、その内壁面を蛇行した経路
を形成した構造のものとなっている。

また、本装置の中心軸線上には、母液用容器２及び第
１、第２、第３の各冷却用シリンダ各部及び加圧筒15の
各内管を上下方向に貫通する牽引用の抗張線材であるエ
ンドレスな鎖24が図示しないモータにより下降回送され
ている。さらにまた、容器２の上方には原料液３を容器
２に注入するポンプ１が設けられている。

次ぎに、本装置の各部処理機能について以下詳述する。

ポンプ１によって原料液３が容器２に注がれ、原料液３
は容器２から第１冷却用シリンダ４の上部内管4ａに下
降する。

そして、第１冷却用シリンダ４のジャケット５を循環し
ている-20℃前後の温度である冷却用媒体６に原料液３
は冷却されて結氷し、氷晶23となる。

この氷晶23は鎖24を中心にして結氷しているため、鎖24
に牽引されて中部内管4ｂ以下の各内管を下降する。冷
却初期における氷晶23は溶質を含んだ氷である微小結晶
と水溶液が混在する半結晶状態にあるが、この半結晶状
態にある氷晶23が傾斜している下部内管4ｃを通過する
際に、その傾斜により氷晶23は偏向圧力を受ける。これ
により、氷晶23内の微小結晶は移動かく拌され、他の水
溶液と結合して結晶作用を高めることになる。この後、
氷晶23は断熱筒体７を通過して第２冷却用シリンダ８に
鎖24で牽引される。この冷却用シリンダ８の内管8ａは
上記下部内管4ｃとは異なる傾斜方向を有しているた
め、氷晶23は新たな方向に偏向圧力を受けて微小結晶が
かく拌されて結晶作用をさらに高められる。また、第１
冷却用シリンダ４より冷却媒体の温度が−15℃前後と高
いため結氷速度が低く押えられることで、溶質を十分に
含んだ氷結晶となる。

このように結晶状態を熟成させた氷晶23はさらに鎖24で
牽引されて断熱筒体11を経て第３冷却用シリンダ12に導
入される。ここでは、ジャケット13を循環している冷却
用媒体14が−８℃前後で冷却されているため、上記第１
及び第２の冷却用シリンダと異なり、氷晶23はその結氷
硬度を逆に下げられることになる。この後に、氷晶23は
断熱筒体18を経て、加圧筒15に牽引される。この加圧筒
15のジャケット16を循環している冷却用媒体17は２〜３
℃の温度であるため、氷晶23は加温されて半融解する。
さらに、加圧筒15のテーパ孔により上方より鎖24で牽引
圧力される氷晶23は、筒15内の下部ほど氷晶内圧が高
く、上部ほどその氷晶内圧が低くなっている。

しかして、氷晶23の凝固点は圧力が高いほど、また溶質
濃度が高いほど低下することにより、加圧筒15内を通過
する氷晶23は下方に移動するにつれて、溶質濃度の高い
濃厚液22が氷晶23より順次融解分離するとともに、圧力
の低い上方に絞り出されてポケット19に流入する。

このポケット19に流入した濃厚液22は排出パイプ20によ
り図示しないタンクに流出し、備蓄される。

また、加圧筒15を通過した溶質濃度の低い残存氷晶23は
槽21に落下する。

次に、第２図に第２実施例を示す。

本装置に於て、第１実施例と同様の物には同一符号を第
２図上で付している。

第２図に於て、第１の冷却用シリンダ４内の内管4gは常
に均一な内径を有しており、かつ本装置中心軸線4ｆか
ら上下位置に応じた偏心距離を有する蛇行経路を形成し
ている。第２の冷却用シリンダ８の内管8ｅ及び第３の
冷却用シリンダ12の内管12ｇも内管4gと同様に、その内
径は常に均一であり、しかも蛇行した経路構造をなして
いる。その他の各構造及び機能は第１実施例と同じであ
る。

さらに、第３実施例を第３〜５図に示す。本装置に於
て、第１実施例と同様の物には同一符号を第３図上で付
している。第３図に於ける第１の冷却用シリンダ４の内
管4hの上観図を第４図に、又、その内管4hの一部を切断
した概観図を第５図に示す。

内管4hの入口部4iは、第４図面上の左右方向を長径と
し、前後方向を短径とする楕円形を有している。そし
て、この内管4hの管内形状は、入口部4iから中央部4jに
向かって、入口部4iに於ける短径が伸張して長径とな
り、しかも入口部4iに於ける長径が短縮して短径となる
ような楕円形に変化する。

したがって、内管4hの中央部4jは、その形状を図面上左
右方向を短径とし、前後方向を長径とした楕円形状とな
っている。さらに、内管4hは出口部4kで再び入口部4iと
同様に第４図の左右方向を長径とし、前後方向を短径と
する楕円形状を有しているように変形する。以上のよう
に、内管4hは、その内形状を上下位置に応じて長径と短
径の長さを変化させ、しかもこの内管の水平断面積が常
に均一な楕円形状を有するようになだらかに変形したも
のである。さらに、第２の冷却用シリンダ８の内管8ｆ
及び第３の冷却用シリンダ12の内管12ｈも内管4hと同様
な構造を有している。その他の各構造及び機能は第１実
施例と同じである。

このように、第１、第２、第３の各冷却用シリンダの内
管断面積が常に均一であり、しかもその内壁面にうねり
を有するようにしたことにより、これら冷却用シリンダ
内管を通過する氷晶23は水平面上で偏向圧力を加えらえ
氷結晶密度が高まるとともに、氷晶23内の溶質濃度を均
一にすることができる。

［発明の効果］以上述べたごとく、本発明によれば、原料液を冷却して
氷晶とする冷却用シリンダ内管の構造を、その内壁面を
蛇行させたことでその内管を通過する氷晶に水平方向の
偏向圧力を加えるようにしたので、氷晶中の微小結晶を
かく拌させて結氷熟成を円滑に行なわせた。これにより
氷晶全体の結氷硬度を常に均一にならしめるとともに、
溶質濃度分布も常に均一とすることができる。また、加
圧筒に圧入される氷晶の結晶内圧上昇は結氷硬度が常に
均一であることにより一定となり、しかも加温された氷
晶は良好に半融解するため、溶質濃度の高い濃厚液を漏
出することなく敏速にかつ良好に氷晶より分離精製する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す系統断面図、第２図は本発明の第２実施例を示す系統断面図、第３図は本発明の第３実施例を示す系統断面図、第４図は本発明の第３実施例における冷却用シリンダ内
管の上観図、第５図は本発明の第３実施例における冷却用シリンダ内
管の外観図、第６図は従来例のものを示す図である。図中１・・ポンプ２・・容器３・・原料液４・・第１冷却用シリンダ 4ａ・・上部内管 4ｂ・・中部内管 4ｃ・・下部内管 4d,8b,8c,12c,12d,15ａ・・フランジ 4g,4h・・内管 4ｆ・・中心軸線５，９，13,16・・ジャケット 5a,9a,13a,16ａ・・流入口 5b,9b,13b,16ｂ・・流出口６，10,14,17・・冷却用媒体７，11,18・・断熱筒体８・・第２冷却用シリンダ 8a,8e,8ｆ・・内管 12・・第３冷却用シリンダ 15・・加圧筒 19・・凹みポケット 20・・排出パイプ 21・・槽 22・・濃厚液 23・・氷晶 24・・鎖

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】母液容器を上部に有する垂直な冷却用シリ
ンダの下部に、下部を狭窄させたテーパー孔を有する加
圧筒を断熱筒体を介して接続し、前記テーパー孔上部に
濃厚液回収用の排出パイプを接続し、氷晶牽引用のエン
ドレスな抗張線材が前記母液容器、シリンダ内、断熱筒
体内、加圧筒内を上方から下方に通って回送される装置
で、前記冷却用シリンダを多段とするとともに、その各
冷却用シリンダ内管の断面積が均一でかつ内壁面を蛇行
させ、しかも各冷却用シリンダの冷却温度が異なること
を特徴とする加圧式凍結濃縮装置。